烧结钕铁硼永磁材料腐蚀机理及酸洗工艺对基体的影响

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1、中国咛波烧结钕铁硼永磁材料腐蚀机理及酸洗工艺对基体的影响2007年10月烧结钕铁硼永磁材料腐蚀机理及酸洗工艺对基体的影响宁波韵升高科磁业电镀事业部曹立斌曾琦勇摘要：介绍了烧结NdnB永磁材料在几种典型环境中的腐蚀机理，阐述了目前采用的NdnB酸洗工艺对磁体的腐蚀情况关键词：钕铁硼永磁材料腐蚀机理；酸洗工艺NdFeB永磁材料是80年代发展起来的第3代新型功能材料，永磁材料是一种不需要消耗电能就可以持续提供磁能的物体，它具有能量转换功能。是重要的功能材料。NdFeB永磁体以其极高的“磁能积”轰动于世，成为目前世界上最强的永磁体。它的问世，在永磁材料发展史上具有重

2、要地位。已在微波通讯、音像、仪器仪表、电机工程、计算机磁分离、磁疗等领域得到广泛应用，成为新技术应用的重要物质基础。由于材料中Nd含量高，材料的化学性质极为活泼，所以材料在潮湿的空气中极易氧化。与酸发生强烈的反应。NdFeB合金的晶界处存在富Nd相，极易产生晶间腐蚀，严重时，产生大量Nd的氧化物和氢化物使材料粉化。又因具有选择性腐蚀，从而导致磁性能下降。另外NdFeB永磁材料是通过粉末冶金烧结成型的产品，结构疏松，孔隙率高，表面状况较差，脆性大。如不采取措施，由于镀层的结合力及耐蚀性差。将严重影响镀层的防护性能。NdFeB尽管具有优异的磁性能，但却存在耐腐蚀

3、性能差的缺点，限制了它的进一步推广应用。目前该问题已经成为NdFeB产业的一个共性问题。因此，对NdFeB永磁材料的腐蚀机理及表面防护技术的研究具有十分重要的意义。1腐蚀机理1．1NdFeB永磁体的相组成烧结钕铁硼永磁体主要采用粉末冶金法进行生产，它至少同时存在以下4种不同的相：(1)基体相(主相)：Nd2Fel届相。它是在1200℃左右通过包晶反应形成的，是合金中唯一的磁性相。NdFeB磁体的优异的磁性能主要归功于Nd：Fe，4B相的高饱和磁化强度(¨0Ms=1．6T)和各向异性场(7．3T1。(2)富Nd相：(75％～85％)NdFe余(wt％)。其熔点

4、为650一7()occ，是合金中最后凝固的，处于已凝固的晶粒之间，是包覆基体相的薄层相。它虽然是非磁性相，但由于其低熔点特性，在烧结时弥散分布于主相周围，不但起到使烧结体致密化的作用，还使晶粒长大受到抑制，促进矫顽力提高，因此是必不可少的。(3)富B相：Nd。Fe4B。。当合金中硼含量超过Nd：Fe，4B的正常成分时才形成，它对磁性能没有贡献，一般数量极小，对磁性能影响不大。(4)d—Fe：其熔点为1520℃，是合金中熔点最高的相，最先从液态合金中折出。a—Fe是软磁相，它的存在导致了主相的减少和富钕相的增加，破坏了主相和富钕相的最佳配比，损害了主相晶粒的磁

5、取向，同时还使烧结过程中局部区域的晶粒粗化，不仅使磁性能恶化，也使电镀层组织变坏，影响防护作用。因此，从制造工艺上采取措施尽量减少或清除d—Fe相的产生，如片铸工艺和快淬工艺等。196中国咛波海峡两岸表面精饰循环经济研讨会论文集：。年。。月1．2NdFeB腐蚀特点与机理NdFeB永磁体的易腐蚀性一方面是由于Nd是化学活性最高的元素之一，它的标准电势Eo(NdⅦd)一2．431v；另一方面，该合金是一种多相结构，各相间电化学位相差较大，易引起电化学腐蚀。研究表明，NdFeB磁体的腐蚀主要发生在以下3种环境中：暖湿环境、电化学环境、长时间高温环境(>250c

6、c

7、)。1．2．1高温环境在干燥环境中，当温度低于150℃时，NdFeB磁体氧化速度很慢。但在较高温度下，富Nd区会发生如下反应：4Nd+30F2Ndn。随后，Nd2Fe。4B相会分解生成Fe和Nd203进一步氧化，还将出现F印，等产物。1．2．2暖湿环境在暖湿条件下，NdFeB磁体表层的富钕晶界相首先与环境中的水蒸气按下式发生腐蚀反应：3H20+Nd=Nd(0H)3+3H。反应生成的H渗入晶界中，与富Nd相发生进一步的反应：Nd+3H=NdH3造成晶界腐蚀。NdH3的生成将会使晶界体积增大，造成晶界应力，导致晶界破坏，严重时会使晶界断裂造成磁体粉化。环境湿度对

8、磁体耐蚀性的影响要远比温度的影响大得多，这是因为磁体在干燥的氧化环境下，形成的腐蚀产物薄膜较致密，在一定程度上将磁体与环境分隔开，阻止了磁体的进一步氧化。而在潮湿的环境下生成的氢氧化物和含氢化合物不致密。不能阻止H：o对其的进一步作用。特别是当环境湿度过大时，如果磁体表面有液态水存在时，将会发生电化学腐蚀。1．2．3电化学环境在电化学环境中，NdFeB磁体中各相的电化学电势不同。富钕相和富硼相相对于Nd：Fe．4B来说成为阳极，将会优先发生腐蚀，形成局部腐蚀的微电池。这种微电池具有大阴极小阳极的特点，少量的富钕相和富硼相作为阳极承担了很大的腐蚀电流密度，而它

9、们是分布于Nd：Fe，4B相的晶界上的，这样就会加速